JP2006352995A - 密封油供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水を確実に外部に排出し、油の漏洩を防止することができる密封油供給装置を提供する。
【解決手段】水素ガスが封入された水素冷却タービン発電機２の密閉容器３と密閉容器３を貫通する回転軸４との間隙を塞ぐ密封器７に密封油を供給する密封油供給装置１であって、密封油を真空脱気する真空槽８と、密封油を密封器７に供給する密封油ポンプ１１と、真空槽８内を真空にする真空ポンプ１９と、真空ポンプ１９から排出される潤滑油から水を含んだ気体を分離する油分離器１６と、分離した水が溜まる量水ガラスゲージ２２と、溜まった水の水位に応じた信号を出力するＬＥＤ素子２４およびフォトダイオード２５と、量水ガラスゲージ２２の下流側に設けられた開閉弁と、信号に基づいて開閉弁を開放させ、量水ガラスゲージ２２の水を排出する制御部２７とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、水素ガスが封入された回転電機の密閉容器と密閉容器を貫通する回転軸との間隙を油で塞ぐために設けられた密封器に密封油を供給する密封油供給装置に関する。

従来のタービン発電機の密封油装置は、真空槽、密封油ポンプ、差圧調整弁および真空ポンプ等を有し、タービン発電機の軸封部（本発明の「密封器」に相当する）に密封油ポンプによって密封油を加圧して供給し、タービン発電機の機内ガスを密封している。
上記の真空ポンプに接続されたドレンチャンバ（本発明の「油分離器」に相当する）のドレン排水口には、比重約０．９の物質で製作されたフロートが設けられている。ドレンチャンバ内が潤滑油だけの場合には、潤滑油よりも比重の大きいフロートが沈み、ドレン排水口を塞いで潤滑油の流出を防止している。一方、ドレンチャンバ内に水が溜まっている場合には、水よりも比重の小さいフロートが浮き上がってドレン排出口を開放し、潤滑油層の下層に位置した水のみを自動的に排出可能としている（例えば、特許文献１参照）。

実開平４−２１１６４号公報

従来のタービン発電機の密封油装置では、水の比重と油の比重との間の比重を有する物質で制作されたフロートを用いることによってドレンチャンバ内の水を自動で排出していたが、油とフロートとの比重差が小さいため、フロートがドレン排水口を充分な力で塞ぐことができず、油が漏洩するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、水を確実に外部に排出し、油の漏洩を防止することができる密封油供給装置を提供することである。

この発明に係る密封油供給装置は、水素ガスが封入された回転電機の密閉容器と密閉容器を貫通する回転軸との間隙を油で塞ぐために設けられた密封器に密封油を供給する密封油供給装置であって、密封器から排出された密封油を真空脱気する真空槽と、真空槽内の密封油を密封器に供給する密封油ポンプと、真空槽内を真空にするための真空ポンプと、真空ポンプから排出される潤滑油から水を含んだ気体を分離する油分離器と、油分離器に接続されて水が溜まる溜水部と、溜水部に設けられ、溜水部の水位を検出するとともに、水位に応じた信号を出力する水位検出手段と、溜水部の下流側に設けられた開閉弁と、水位検出手段からの信号に基づいて開閉弁を開放させ、溜水部から水を排出する制御部とを備えたものである。

この発明の密封油供給装置によれば、溜水部に溜まった水の水位を水位検出手段で検出して制御部に信号を出力し、制御部が信号に基づいて開閉弁を動作させるので、水を確実に外部に排出し、油の漏洩を防止することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る密封油供給装置１を水素冷却タービン発電機２とともに示す構成図である。図２は、図１の要部拡大図である。
図１および図２において、回転電機である水素冷却タービン発電機２は、水素ガスが封入された密閉容器３と、密閉容器３を貫通した回転軸４と、密閉容器３の軸方向両端部に設けられた軸受室５とを備えている。軸受室５は、回転軸４を支持する軸受６と、密封油を用いて密閉容器３と回転軸４との間隙を密封する密封器７とを有している。

密封器７および軸受６から排出される密封油および軸受油は、密封油排出管９を介して密封油および軸受油を真空脱気する真空槽８に戻るようになっている。
密封器７の上流側と真空槽８とは、密封器７に密封油を導入する密封油供給管１０を介して互いに接続されている。

密封油供給管１０には、真空槽８内の密封油を密封器７に供給する密封油ポンプ１１と、密封器７に供給される密封油の油圧を調節する差圧調整弁１２とが取り付けられている。
差圧調整弁１２は、密閉容器３内に封入された水素ガスのガス圧を検出するとともに、密封油ポンプ１１によってガス圧よりも十分に大きな圧力にされた密封油の油圧をガス圧よりも任意の所定値だけ高くなるように低減して、密封油を通過させる。
また、密封油供給管１０の密封油ポンプ１１と差圧調整弁１２との間には、差圧調整弁１２を通過できない密封油を真空槽８に戻す密封油戻り管１３の端部が接続されている。

真空槽８には、密封油の油面を一定に維持するための油面調節弁１４と、密封油戻り管１３に接続され、戻ってきた密封油を真空槽８内に噴射する噴射ノズル１５とが取り付けられている。
真空槽８には、気体を排出するための気体排出管１７が接続されており、気体排出管１７は、密封油供給装置１の動作時には開のバルブ１８を介して真空ポンプ１９接続されている。また、真空ポンプ１９には、潤滑油を供給する潤滑油供給管３３と、気体を含んだ潤滑油を排出する潤滑油排出管３４とが接続されている。潤滑油排出管３４は、真空ポンプ１９から排出された潤滑油から水を含んだ気体を分離する油分離器１６に接続されている。
なお、真空ポンプ１９で使用される潤滑油は、密封油と同じ種類の油である。

油分離器１６には、上記の排出気体を外部に放出する放出管２０と、密封油供給装置１の動作時には常時開のバルブ２１を介し、油分離器１６で分離された水が溜まる量水ガラスゲージ２２（溜水部）が接続されている。また、量水ガラスゲージ２２には、溜まった水を外部に排水するドレン管２３が接続されている。

また、量水ガラスゲージ２２には、水平方向に光を発するように取り付けられたＬＥＤ素子２４（発光部）と、量水ガラスゲージ２２を挟んでＬＥＤ素子２４と水平に対向し、ＬＥＤ素子２４の発した光を図示しない受光レンズを介して受信し、受光量に応じた電流値の電気信号を出力するフォトダイオード２５（受光部）とが取り付けられている。
ここで、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５とで水位検出手段が構成されている。
ドレン管２３には、ドレン管２３を開閉する電磁弁（開閉弁）２６が取り付けられている。

フォトダイオード２５と電磁弁２６とは、上記の電気信号に応じて電磁弁２６を動作させ、ドレン管２３を介して量水ガラスゲージ２２に溜まった水を外部に排出する制御部２７に信号線により接続されている。
制御部２７は、プログラムを格納した記憶部とＣＰＵとを有する図示しないマイクロプロセッサで構成されている。
また、電磁弁２６は、自己の動作状態を状態信号として制御部２７に伝達する。制御部２７は、上記の電気信号および状態信号に基づいて、水位検出手段および電磁弁２６の異常判定を行っている。

以下、上記構成の密封油供給装置１についての動作を説明する。
真空槽８内の密封油は、密封油ポンプ１１の動作によって密封油供給管１０に送られる。送られた密封油は、差圧調整弁１２によって油圧が低減され、密封器７に導入される。差圧調整弁１２を通過できない密封油は、密封油戻り管１３を経由して真空槽８に戻される。
密封器７に導入された密封油は、密封器７内部で回転軸４に沿って流れる際に外気と触れることによって空気、水素ガスおよび水を含み、密封油排出管９を経由して真空槽８に戻される。

真空槽８内の空気、水素ガスおよび水を含んだ気体は、真空ポンプ１９の動作によって排出気体として気体排出管１７に送られる。排出気体は、真空ポンプ１９で潤滑油に取り込まれて油分離器１６に導入される。油分離器１６では、圧力および温度の変化によって潤滑油から水を含んだ排出気体が分離され、水は、凝縮して量水ガラスゲージ２２に溜められる。排出気体は、放出管２０によって外部に放出される。

量水ガラスゲージ２２に溜められた水の水位は、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５とからなる水位検出手段によって検出される。
ＬＥＤ素子２４から発せられた光は、量水ガラスゲージ２２の内部の液体を通って、フォトダイオード２５に受信される。ここで、量水ガラスゲージ２２内部の、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５との間の液体が潤滑油である場合、潤滑油についての光の透過率は一般的に水と比べて小さいため、フォトダイオード２５で受信される受光量は少なくなり、制御部２７に出力される電気信号は小さくなる。

一方、量水ガラスゲージ２２に溜まる水の量が増えて水位が上昇し、量水ガラスゲージ２２内部の、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５との間の液体が水になった場合、水についての光の透過率は潤滑油よりも大きいため、フォトダイオード２５で受信される受光量は多くなり、制御部２７に出力される電気信号は大きくなる。

したがって、量水ガラスゲージ２２内部の、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５との間の液体が潤滑油である場合の電気信号の電流値と水である場合の電気信号の電流値との間にしきい値を設定することにより、量水ガラスゲージ２２に溜まった水の水位が検出される。

しきい値よりも高い電気信号が入力された場合、制御部２７は、電磁弁２６にドレン管２３を所定時間開放する動作信号を出力する。
ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって所定時間開放され、量水ガラスゲージ２２内部の水が排出される。
ここで、ＬＥＤ素子２４およびフォトダイオード２５の取り付け位置と、ドレン管２３の開放時間とは、密封油供給装置１の使用状況等によって任意に設定される。

また、制御部２７は、フォトダイオード２５からの電気信号を受信しない場合には、水位検出手段が異常であることを検出し、外部に異常警報を発する。また、電気信号がしきい値よりも高い状態であるにもかかわらず、電磁弁２６から状態信号を受信しない場合には、電磁弁２６が異常であることを検出し、外部に異常警報を発する。

この発明の実施の形態１に係る密封油供給装置１によれば、量水ガラスゲージ２２に溜まった水の水位をＬＥＤ素子２４およびフォトダイオード２５を用いて検出して制御部２７に電気信号を出力し、制御部２７が電気信号に基づいて電磁弁２６を動作させてドレン管２３を所定時間開放させるので、量水ガラスゲージ２２内部の水を排出し、潤滑油の漏洩を防止することができる。

また、制御部２７がフォトダイオード２５からの電気信号および電磁弁２６からの状態信号に基づいて、水位検出手段および電磁弁２６の異常判定を行うので、密封油供給装置１に異常が生じた場合でも、異常を早く検出することができるので、被害を低減することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る密封油供給装置１Ａを示す要部拡大図である。図４は、図３の量水ガラスゲージ２２Ａを更に詳細に示す拡大図である。
図３および図４において、量水ガラスゲージ２２Ａには、ＬＥＤ素子２４（発光部）と、量水ガラスゲージ２２Ａを挟んでそれぞれＬＥＤ素子２４に対向し、高低差を有する２つのフォトダイオード２５Ａ（第１の受光部）、２５Ｂ（第２の受光部）とが取り付けられている。
ここで、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５Ａ、２５Ｂとで水位検出手段が構成されている。

ここで、水の屈折率を１．３３とし、潤滑油の屈折率を１．５とした場合、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５Ａとは、量水ガラスゲージ２２Ａの長手方向軸線に対してそれぞれ約６０［°］の角度をもって、互いに対向して取り付けられている。これに対して、フォトダイオード２５Ｂは、量水ガラスゲージ２２Ａの長手方向軸線に対して約７３［°］の角度をもって、ＬＥＤ素子２４と対向して取り付けられている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の密封油供給装置１Ａについての動作を説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
ＬＥＤ素子２４から発せられた光は、量水ガラスゲージ２２Ａの内部の液体を通って、フォトダイオード２５Ａ、２５Ｂの何れかに受信される。ここで、量水ガラスゲージ２２Ａ内部の、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５Ａ、２５Ｂとの間の液体が潤滑油のみである場合、光は屈折することなく直進し、フォトダイオード２５Ａで受信される。

一方、量水ガラスゲージ２２Ａに溜まる水の量が増えて水位が上昇し、ＬＥＤ素子２４とフォトダイオード２５Ａとの間まで水と潤滑油との界面が上昇した場合、光は界面で屈折される。即ち、ＬＥＤ素子２４から発せられた光は、６０度の入射角で界面に入射される。ここで、水の屈折率が１．３３であるため、光の屈折角は７３度となりフォトダイオード２５Ａでは受信されず、フォトダイオード２５Ｂで受信される。

フォトダイオード２５Ｂからの電気信号が入力された場合、制御部２７Ａは、電磁弁２６にドレン管２３を所定時間開放する動作信号を出力する。
ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって所定時間開放され、量水ガラスゲージ２２Ａ内部の水が排出される。
ここで、ＬＥＤ素子２４およびフォトダイオード２５Ａ、２５Ｂの取り付け位置と、ドレン管２３の開放時間とは、密封油供給装置１Ａの使用状況等によって任意に設定される。

この発明の実施の形態２に係る密封油供給装置１Ａによれば、電気信号の電流値にしきい値を用いることなく、何れのフォトダイオード２５Ａ、２５Ｂから電気信号が出力されているかによって電磁弁２６を動作させることができるので、より正確に水位を検出することができる。

なお、上記実施の形態１および２では、発光部としてＬＥＤ素子２４を用いて説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、半導体レーザ等の発光素子であってもよい。このものの場合も、上記実施の形態１および２と同様の効果を奏することができる。
また、受光素子もフォトダイオード２５、２５Ａ、２５Ｂに限定されるものではなく、その他の受光素子であってもよい。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る密封油供給装置１Ｂを示す要部拡大図である。
図５において、量水ガラスゲージ２２Ｂの内部には、水の比重と潤滑油の比重との間の比重を有する物質で形成され、水と潤滑油との界面を浮動して水位を検出するフロート２８が設けられている。また、量水ガラスゲージ２２Ｂには、フロート２８の位置に応じた信号を出力するレベルスイッチ２９が取り付けられている。
ここで、フロート２８とレベルスイッチ２９とで水位検出手段が構成されている。

量水ガラスゲージ２２Ｂには、界面の上限位置と下限位置とが設定されており、レベルスイッチ２９は、フロート２８が上限位置にある場合には上限信号を制御部２７Ｂに出力し、フロート２８が下限位置にある場合には下限信号を制御部２７Ｂに出力する。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の密封油供給装置１Ｂについての動作を説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
量水ガラスゲージ２２Ｂに水が溜まり、フロート２８が上限位置に達した場合、レベルスイッチ２９から制御部２７Ｂに上限信号が出力される。制御部２７Ｂは、上限信号に基づいて電磁弁２６にドレン管２３を開放する動作指令を出力する。ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって開放され、量水ガラスゲージ２２Ｂ内部の水が排出される。

続いて、水が排出されてフロート２８が下限付近に達した場合、レベルスイッチ２９から制御部２７Ｂに下限信号が出力される。制御部２７Ｂは、下限信号に基づいて電磁弁２６にドレン管２３を閉塞する動作指令を出力する。ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって閉塞され、量水ガラスゲージ２２Ｂ内部の水の排出が終了される。

この発明の実施の形態３に係る密封油供給装置１Ｂによれば、レベルスイッチ２９が２箇所の水位を検出することができるので、ドレン管２３を開放する時間を設定する必要がなく、確実に水のみを排水することが可能となる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４に係る密封油供給装置１Ｃを示す要部拡大図である。
図６において、量水ガラスゲージ２２Ｃには、一対の電極３２と、電極３２間の水あるいは潤滑油の電気伝導率を測定し、電気伝導率を出力する導電率計３０とが取り付けられている。
ここで、電極３２と導電率計３０とによって水位検出手段が構成されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の密封油供給装置１Ｃについての動作を説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
量水ガラスゲージ２２Ｃ内の電極３２付近の液体は、導電率計３０内部に設けられた例えば図示しないホイートストンブリッジ回路を利用して、電極３２間の抵抗値が測定され、電気伝導率が算出される。ここで、水と潤滑油との電気伝導率は、水が約１［μＳ／ｃｍ］であり、潤滑油が約１０^−６［μＳ／ｃｍ］であり、両者の間には１０の６乗程度の差がある。そのため、電極３２付近の液体が水であるか潤滑油であるかを判別することができ、水位が検出される。

導電率計３０から入力される電気伝導率が１［μＳ／ｃｍ］付近の値である場合、制御部２７Ｃは、電磁弁２６にドレン管２３を所定時間開放する動作信号を出力する。
ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって所定時間開放され、量水ガラスゲージ２２Ｃ内部の水が排出される。
ここで、ドレン管２３の開放時間とは、密封油供給装置１Ｃの使用状況等によって任意に設定される。

この発明の実施の形態４に係る密封油供給装置１Ｃによれば、水と潤滑油との電気伝導率の差が非常に大きいため、誤検出を低減し、より確実に水位を検出することができる。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５に係る密封油供給装置１Ｄを示す要部拡大図である。
図７において、量水ガラスゲージ２２Ｄには、水と潤滑油との界面に超音波を発射して水と潤滑油との界面までの距離を測定し、距離を出力する超音波センサ３１が取り付けられている。
ここで、超音波センサ３１によって水位検出手段が構成されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の密封油供給装置１Ｄについての動作を説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
超音波センサ３１により、水と潤滑油との界面に向けて超音波が発射される。界面で反射した一部の超音波は、超音波センサ３１で受信される。超音波センサ３１では、送受信に要した時間に基づいて界面までの距離が算出され、水位が検出される。

量水ガラスゲージ２２Ｄに水が溜まり、水位が任意の上限値よりも上昇した場合、制御部２７Ｄは、電磁弁２６にドレン管２３を開放する動作指令を出力する。ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって開放され、量水ガラスゲージ２２Ｄ内部の水が排出される。

続いて、水が排出されて水位が下限付近に達した場合、制御部２７Ｄは、電磁弁２６にドレン管２３を閉塞する動作指令を出力する。ドレン管２３は、電磁弁２６の動作によって閉塞され、量水ガラスゲージ２２Ｄ内部の水の排出が終了される。

この発明の実施の形態５に係る密封油供給装置１Ｄによれば、超音波センサ３１によって水位を検出することができるので、確実に水のみを排出することができる。
また、現在の水位を知ることができるので、制御部２７Ｄを遠隔に設けられた制御室等と接続することにより、遠隔からでも容易に水位を管理することができる。

なお、上記実施の形態１から５では、ドレン管２３に電磁弁２６が接続されているとして説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、量水ガラスゲージの下部に電磁弁が設けられ、電磁弁の開閉によって水が排出されてもよい。このものの場合も、上記実施の形態１から５と同様の効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係る密封油供給装置を含んだ水素冷却タービン発電機を示す構成図である。 図１の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２に係る密封油供給装置を示す要部拡大図である。 図３の量水ガラスゲージを更に詳細に示す拡大図である。 この発明の実施の形態３に係る密封油供給装置を示す要部拡大図である。 この発明の実施の形態４に係る密封油供給装置を示す要部拡大図である。 この発明の実施の形態５に係る密封油供給装置を示す要部拡大図である。

符号の説明

１、１Ａ〜１Ｄ 密封油供給装置、２ 水素冷却タービン発電機、３ 密閉容器、４ 回転軸、７ 密封器、８ 真空槽、１１ 密封油ポンプ、１６ 油分離器、１９ 真空ポンプ、２２、２２Ａ〜２２Ｄ 量水ガラスゲージ（溜水部）、２３ ドレン管、２４ ＬＥＤ素子（発光部）、２５、２５Ａ、２５Ｂ フォトダイオード（受光部、第１の受光部、第２の受光部）、２６ 電磁弁（開閉弁）、２７、２７Ａ〜２７Ｄ 制御部、２８ フロート、２９ レベルスイッチ、３０ 導電率計、３１ 超音波センサ、３２ 電極。

Claims (8)

1. 水素ガスが封入された回転電機の密閉容器と前記密閉容器を貫通する回転軸との間隙を油で塞ぐために設けられた密封器に密封油を供給する密封油供給装置であって、
   前記密封器から排出された密封油を真空脱気する真空槽と、
   前記真空槽内の密封油を前記密封器に供給する密封油ポンプと、
   前記真空槽内を真空にするための真空ポンプと、
   前記真空ポンプから排出される潤滑油から水を含んだ気体を分離する油分離器と、
   前記油分離器に接続されて水が溜まる溜水部と、
   前記溜水部に設けられ、前記溜水部の水位を検出するとともに、水位に応じた信号を出力する水位検出手段と、
   前記溜水部の下流側に設けられた開閉弁と、
   前記水位検出手段からの信号に基づいて前記開閉弁を開放させ、前記溜水部から水を排出する制御部と
   を備えたことを特徴とする密封油供給装置。
2. 前記水位検出手段は、前記溜水部を水平に通るように光を発する発光部と、前記溜水部を通った光を受けて受光量に応じた信号を出力する受光部とを有することを特徴とする請求項１に記載の密封油供給装置。
3. 前記水位検出手段は、前記溜水部を斜めに通るように光を発する発光部と、前記溜水部を直進する光を受ける位置に配置された第１の受光部と、前記溜水部内で所定の角度だけ屈折した光を受ける位置に配置された第２の受光部とを有することを特徴とする請求項１に記載の密封油供給装置。
4. 前記水位検出手段は、前記溜水部内の水と潤滑油との界面を浮動して水位を検出するフロートと、前記フロートの位置を検出するレベルスイッチとを有することを特徴とする請求項１に記載の密封油供給装置。
5. 前記水位検出手段は、前記溜水部内に設けられた一対の電極と、前記電極間にある液体の電気伝導率を測定する導電率計とを有することを特徴とする請求項１に記載の密封油供給装置。
6. 前記水位検出手段は、超音波を発射し、前記溜水部内の水と潤滑油との界面で反射した超音波により水位を検出する超音波センサを有することを特徴とする請求項１に記載の密封油供給装。
7. 前記開閉弁は、自己の動作状態を前記制御部に伝達する電磁弁であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の密封油供給装置。
8. 前記制御部は、前記水位検出手段から入力される信号および前記電磁弁から伝達される動作状態の少なくとも一方に基づいて前記水位検出手段あるいは前記電磁弁の異常を検出して報知することを特徴とする請求項７に記載の密封油供給装置。

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